Diseño de flujos de aire en cuartos limpios en términos de diseño del equipo, de los requerimientos del sistema, de la fiabilidad, del tamaño y de la escala.

El objetivo del sistema de aire acondicionado en cuartos limpios es proveer de un flujo de aire con un volumen y una limpieza suficientes para mantener la media de limpieza del cuarto. El aire es introducido en el cuarto limpio de una manera que se eviten las áreas de estancamiento donde las partículas podrían acumularse.

El diseño del flujo del aire filtrado a través del cuarto limpio suele ser más complejo en los cuartos limpios más rigurosos y disminuye en la medida en que los requerimientos de limpieza también lo hacen. Los flujos de aire en cuartos limpios generalmente se especifican como el número de cambios de aire por hora (AC/H por sus siglas en inglés).

El aire introducido en un cuarto limpio, al haber pasado por los filtros HEPA o ULPA, es esencialmente libre de partículas. El aire que entra en el cuarto tiene dos propósitos, el primero, diluir las concentraciones de partículas que se puedan haber formado en el cuarto debido al personal o la actividad de los procesos. En segundo lugar, conseguir que estas partículas entren a formar parte de la corriente de aire y poder extraerlas del cuarto.

Se identifican tres tipos de flujos de aire en cuartos limpios:

1. Flujos de aire en cuartos limpios unidireccional (antes referido como “flujo laminar”), donde las líneas de la corriente de aire son esencialmente paralelas entre sí.
2. Flujos de aire en cuartos limpios no unidireccional (antes “turbulento”), donde las líneas de la corriente del aire no son paralelas entre sí.
3. Flujos de aire en cuartos limpios mixto, donde las líneas de la corriente de aire pueden ser paralelas en una parte del cuarto y no paralelas en otras partes.

Los cuartos más rigurosos son casi siempre diseñados con flujos de aire en cuartos limpios unidireccionales. Esto se consigue proveyendo una cobertura del techo del 100% con filtros HEPA/ULPA y con la instalación de un suelo elevado con paneles de suelo perforados. El aire se mueve de forma vertical hacia abajo desde el techo a través de los paneles perforados del suelo hacia una cámara de retorno de aire debajo del suelo. El aire se mueve luego lateralmente hacia los ductos de retorno en la periferia del cuarto y eventualmente hacia ventiladores para la recirculación de vuelta al cuarto limpio.

Los flujos de aire en cuartos limpios no direccionales se utilizan normalmente en los cuartos intermedios. Los filtros HEPA se instalan en el techo en un patrón que provee una cobertura bastante uniforme. El aire se mueve hacia abajo dentro del cuarto limpio. Sin embargo, las líneas de corriente de aire son aleatorias sin un patrón definido. Mientras que el aire que entra en el cuarto está esencialmente libre de partículas, el conteo de partículas en las superficies de trabajo críticas alcanzará unos determinados niveles dependiendo del número de partículas generadas en el cuarto limpio; el efecto de dilución de la cantidad de cambios de aire limpio y la velocidad con la que las partículas son retiradas del área crítica de trabajo. En general, cuanto mayor sea la cantidad de cambios de aire, más limpio será el cuarto intermedio pero los patrones de flujos de aire en cuartos limpios también juegan un papel importante.

El acercamiento de flujo mixto se ha utilizado cuando procesos críticos y no críticos están en el mismo espacio limpio. Si no hay espacio para llevar a cabo las operaciones críticas en un cuarto separado, un sólo cuarto limpio puede ser creado con zonas de limpieza diferenciadas.

Los patrones de retorno se ajustan colocando adecuadamente las rejillas de retorno para dar cabida a las cantidades variables de aire filtrado y para prevenir la contaminación cruzada. Un suelo elevado con un retorno de aire completo sería aún más efectivo. Sin embargo, se suele descartar debido al presupuesto del cliente, quién normalmente suele decidir por un cuarto de flujo mixto como una solución para rentabilizar unos recursos limitados.

El enfoque del promedio de la velocidad del aire se suele utilizar cuando se instala un filtro de techo completo. Durante años el valor de 90 FPM (0.46 m/s) +/- 20% ha sido utilizado para especificar el flujo de aire de los cuartos limpios de manera estándar. Esto se basó en el diseño de los primeros cuartos limpios durante el programa espacial en los años 60’s y 70’s.

En los últimos años, las compañías han experimentado con velocidades inferiores y se han dado cuenta de que las especificaciones con rangos de entre 70 y 100 fpm (0.35 hasta 0.51 m/s) ± 20% pueden ser exitosas, evidentemente dependiendo de las actividades y del equipo dentro del cuarto.

Los valores más altos son usados en cuartos con un mayor nivel de actividad de personal o de procesos con equipos que generan partículas. Los valores más bajos se usan en cuartos con un personal menor, y más sedentario, así como con un equipo con menor potencial de generar partículas.

Desde IAASE hemos visto de manera frecuente que los directores de facilities y gerentes de plantas con conocimientos y una amplia experiencia en cuartos limpios especifican el valor más bajo del rango de velocidad que necesitan. No existe un único valor de velocidad media del aire aceptado por la industria para un cuarto limpio con una clasificación determinada. La única excepción para esta afirmación es la velocidad de 90 ± 20 fpm (0.46 ± 0.10 m/s) especificada por la FDA para ciertas áreas estériles de llenado, consideradas críticas en la industria farmacéutica.

La especificación de cambio de aire por hora se encuentra de manera más común en cuartos limpios con una rigurosidad intermedia o menor en la limpieza requerida. Los cuartos limpios intermedios se diseñan comúnmente con unos cambios de aire por hora de entre 30 y 160, mientras que los cuartos limpios menos rigurosos tienen unos rangos de hasta 20 AC/H. El diseñador selecciona un valor basándose en su experiencia y en su comprensión del potencial de generación de partículas de los procesos de los clientes. La tendencia en los últimos años ha ido yendo hacia un flujo de aire menor.

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